DE4420112A1 - Betätigungseinheit für eine hydraulische Bremsanlage - Google Patents

Description

Erfindungsgemäß wird eine Betätigungseinheit für hydraulische Bremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Aus der DE 41 27 001 ist eine Betätigungseinheit für eine hydraulische Bremsanlage von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Hauptbremszylinder und einem ihm vorgeschalteten pneumatischen Bremskraftverstärker bekannt, wobei der Hauptbremszylinder im Verstärkergehäuse des Bremskraftverstärkers integriert ist und ein Steuerventil des Bremskraftverstärkers seitlich neben dem Hauptbremszylinder angeordnet ist. Um eine Verkürzung des Betätigungswegs des Bremskraftverstärkers beim Vorfüllen der Bremsanlage zu erreichen, wird in dieser Schrift vorgeschlagen, daß das Steuerventil gegensinnig zur Betätigungsrichtung eines dem Bremskraftverstärker betätigenden Betätigungsglieds mittels eines Hebelmechanismus mit variabler Übersetzung betätigbar ist, der nach einem vorher bestimmbaren Betätigungshub des Hauptbremszylinders wirkungsmäßig abschaltbar ist.

Nachteilig an dieser bekannten Betätigungseinheit ist der komplizierte Hebelmechanismus anzusehen, dessen Montage aufwendig und somit kostenintensiv ist. Zudem kann die Übersetzungsfunktion ausfallen, wenn bei Verwendung eines Tandemhauptbremszylinders ein Leck in einem der beiden Bremskreise des Tandemhauptbremszylinders auftritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Betätigungseinheit für eine hydraulische Bremsanlage vorzuschlagen, die bei einem geringeren Betätigungsweg ihrer Betätigungsstange die gleiche Bremswirkung wie herkömmliche derartige Betätigungseinheiten erreicht, ohne die zum Stand der Technik bekannte Nachteile aufzuweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Hauptzylinder bezüglich des Bremskraftverstärkers beweglich angeordnet ist und sich bei Betätigung der Betätigungsstange entgegen deren Betätigungsrichtung bewegt. Die Relativbewegung zwischen Hauptzylinder und in diesem geführten Kolben ist somit größer als der Weg, den die Betätigungsstange zurücklegt. Dies bedeutet, daß eine im allegmeinen erwünschte Verkürzung des Weges der Betätigungsstange - und damit eines mit dieser verbundenen Pedals - erreicht wird, da der vom Hauptzylinder zurückgelegte Weg nicht von der Betätigungsstange zurückgelegt werden muß. Ein direkteres Ansprechverhalten der Betätigungseinheit wird somit erreicht.

Wird als Bremskraftverstärker ein Vakuumbremskraftverstärker verwendet, der mit einem ersten und einem zweiten Membranteller, d. h. mit drei Kammern ausgerüstet ist, kann das Gehäuse des Hauptzylinders direkt mit dem zweiten Membranteller verbunden sein. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung läßt sich besonders einfach realisieren, da ein zusätzlicher Membranteller ohne größeren Aufwand in einem herkömmlichen Vakuumbremskraftverstärker integriert werden kann. Eine kostenintensive Umstellung der Produktionsanlagen ist in diesem Fall nicht erforderlich. Zudem kann der Hauptzylinder am Vakuumbremskraftverstärker trennbar befestigt sein, so daß er im Bedarfsfalle separat austauschbar ist. Dazu kann ein Bajonettverschluß oder eine Schraubverbindung vorgesehen sein. Weiterhin ist es möglich, verschiedene Hauptzylindertypen an einem einheitlichen Bremskraftverstärkertyp zu befestigen, so daß mit wenigen standardisierten Einzelkomponenten eine Vielzahl verschiedenartiger Betätigungseinheiten kombinierbar ist.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, einen Anschlag vorzusehen, der den maximalen Hub des Gehäuses begrenzt. Durch diese Wegbegrenzung kann das Vorfüllvolumen, welches zum Anlegen der Radbremsen erforderlich ist, fest eingestellt werden. Dieses ist erreicht, wenn das Gehäuse des Hauptzylinders den Anschlag erreicht hat und bezogen auf den Vakuumbremskraftverstärker feststeht. Danach entspricht der von der Betätigungsstange zurückgelegte Weg exakt dem von der Kolbenstange zurückgelegten Weg, das Übersetzungsverhältnis entspricht demjenigen einer herkömmlichen Betätigungseinheit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, den maximal möglichen Hub des Gehäuses des Hauptzylinders größer zu wählen als den Leerweg des Hauptzylinders. Eine Optimierung des Leerwegs am Hauptzylinder ist somit nicht mehr erforderlich, da dieser durch den Hub des Hauptzylinders kompensiert wird. Da bei der Herstellung des Hauptzylinders auf den Leerweg nicht geachtet werden muß, verringern sich dessen Herstellungskosten. Eine Optimierung von Leerweg und maximalem Hub des Hauptzylindergehäuses bezüglich dem Bremskraftverstärker kann nach Montage dieser beiden Bauteile aneinander, beispielsweise durch Anbringen von Distanzelementen, die den maximalen Hub begrenzen, erreicht werden.

Besonders sinnvoll ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Merkmale bei einer Betätigungseinheit, die mit einem Tandemhauptzylinder ausgestattet ist, da sich bei einem solchen die Leerwege der beiden hintereinander angeordneten Kolben, sowie die zum Verdrängen der Vorfüllvolumina erforderlichen Wege addieren und somit eine besonders effektive Reduzierung des Wegs der Betätigungsstange erzielt werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Abbildung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Betätigungseinheit im Längs schnitt.

In Fig. 1 erkennt man die aus Vakuumbremskraftverstärker 1 und Tandemhauptzylinder 2 bestehende Betätigungseinheit. Eine Betätigungsstange 3 dient zur Betätigung des Vakuumbremskraftverstärkers 1 und ist über eine Pedaleinheit 4 vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbar.

Bei Betätigung der Bestätigungsstange 3 in der Abbildung nach links wird über ein an sich bekanntes Steuerventil 5, welches hier nicht im näheren beschrieben wird, eine Verbindung zwischen der ersten Arbeitskammer 6 des Vakuumbremskraftverstärkers 1 und der Atmosphäre hergestellt. Die erste Arbeitskammer 6 ist von der zweiten Arbeitskammer 7 mittels einer ersten Membran 8 getrennt, während eine zweite Membran 9 die zweite Arbeitskammer 7 von der dritten Arbeitskammer 10 trennt. Erste und dritte Arbeitskammer 6 und 10 sind über ein Rohr 11 druckausgeglichen verbunden. Das Rohr 11 ist mittels einer Balgdichtung 12 gegenüber der zweiten Arbeitskammer 7 abgedichtet. An den Enden des Rohrs 11 sind umlaufende Vorsprünge 13, 14 angebracht, die zur Befestigung des Rohrs 11 an ersten und zweiten Membrantellern 15 und 16 dienen, sowie deren maximalen Abstand voneinander festlegen.

Der erste Membranteller 15 ist mit der ersten Membran 8 verbunden und befindet sich somit an der Grenzfläche zwischen erster Arbeitskammer 6 und zweiter Arbeitskammer 7, und ist mit einem Kolben 17 verbunden. Eine Verschiebung des Kolbens 17 nach links wird über ein Kolbenstange 18 zur Betätigung des Tandemhauptzylinders 2 übertragen.

Der zweite Membranteller 16 ist mit der zweiten Membran 9 verbunden und befindet sich somit an der Grenzfläche zwischen der zweiten Arbeitskammer 6 und der dritten Arbeitskammer 19. Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Membran 9 mittels eines Wulstes 20 in eine umlaufende Nut 21 des Gehäuses 19 des Tandemhauptzylinders 2 eingeknöpft und wird über den zweiten Membranteller 16, welcher mittels eines Sprengrings 22 befestigt ist, gehalten. Eine mögliche Bewegung des zweiten Membrantellers 16 nach rechts resultiert somit in einer gleichgerichteten Bewegung des Gehäuses 19 des Tandemhauptzylinders 2.

Eine Feder 23, die zwischen Sprengring 22 und Kolben 17 angeordnet ist, sorgt dafür, daß bei Druckgleichheit in den Arbeitskammern 6, 7 und 10 bzw. bei nur geringen Druckdifferenzen, die jeweils maximal möglichen Abstände von erstem Membranteller 15 und zweitem Membranteller 16 eingenommen werden.

Im Gehäuse 19 des Tandemhauptzylinders 2 befindet sich eine Bohrung 24, in der ein Schwimmkolben 25 und ein Druckstangenkolben 26 geführt sind. Durch den Schwimmkolben 25 wird ein Druckraum 27 begrenzt, ein Druckraum 28 befindet sich zwischen Schwimmkolben 25 und Druckstangenkolben 26.

In den Druckräumen 27 bzw. 28 befindet sich je eine Rückstellfeder 29 bzw. 30, die ein Zurückstellen der jeweiligen Kolben 25, 26 in ihre Ausgangsposition bei unbetätigter Betätigungseinheit ermöglichen. Diese Ausgangsposition ist in der Abbildung dargestellt. Man erkennt, daß die Druckräume 27 bzw. 28 in diesem Fall mit den Ausgleichsbohrungen 31 bzw. 32 verbunden sind, über welche eine Verbindung zu einem hier nicht dargestellten Nachlaufbehälter bestehen.

Der Druckstangenkolben 26 wird über die Kolbenstange 18 betätigt, die in einer Hülse 33 geführt ist. Die Hülse 33 ist mittels eines Sprengrings 34 in einer erweiterten Stufe 35 der Bohrung 24 befestigt und mittels einer elastomeren Dichtung 36 gegenüber dieser abgedichtet. Gegenüber der Kolbenstange 18 ist die Hülse 33 mittels einer Dichtmanschette 37 luftdicht abgedichtet.

Im Bereich der Stufe 35 ist das Gehäuse 19 des Tandemhauptzylinders 2 als Zylinder 38 ausgebildet, dessen Außenfläche über eine Dichtung 39 in einer Öffnung des Gehäuses 40 des Vakuumbremskraftverstärkers 1 geführt ist. Dabei weist die Dichtung 39 einen am Zylinder 38 anliegenden zylindrischen Bereich 41 auf, sowie an dessen Enden je einen sich in Radialrichtung erstreckenden Ringbereich 42, 43.

Der Ringbereich 43 dient zum Anschlag des zweiten Membrantellers 16 bzw. der zweiten Membran 9 in Ausgangsstellung der Betätigungseinheit, der Ringbereich 42 dient zum Anschlag einer am Ende des Zylinders 38 befindlichen Ringfläche 44, d. h. zum Anschlag des Gehäuses 19 des Tandemhauptzylinders 2 in dessen nach rechts verschobener Endstellung.

Zwischen Ringfläche 44 und Ringbereich 42 können ein oder mehrere Distanzringe 46 angeordnet sein, die zur genauen Einstellung des Hubs des Gehäuses 19 dienen, und während bzw. nach der Montage des Tandemhauptzylinders 2 am Bremskraftverstärker 1 angebracht werden können.

Der Distanzring 46 kann dabei ein offenes Segment aufweisen, und auf den Zylinder 38 aufclipsbar sein. Statt der Verwendung von mehreren Distanzringen 46 können Distanzringe verschiedener axialer Ausdehnung vorgesehen sein.

Die Vorsprünge 45 dienen zur Befestigung der Betätigungseinheit am Fahrzeug.

Funktion der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit:

In Fig. 1 sind Vakuumbremskraftverstärker 1 und Tandemhauptzylinder 2 in ihrer Ausgangsstellung d. h. in ihrer unbetätigten Stellung abgebildet. In allen drei Arbeitskammern 6, 7 und 10 herrscht Vakuum.

Soll ein Bremsvorgang eingeleitet werden, wird die Pedaleinheit 4 vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigt, wodurch sich die Betätigungsstange 3 nach links bewegt. Dabei wird das Steuerventil 5 in bekannter Weise geöffnet, so daß eine Verbindung zwischen erster Arbeitskammer 6 und der Atmosphäre hergestellt wird. Der steigende Druck in der ersten Arbeitskammer 6 und der mit dieser druckausgeglichen verbundenen Arbeitskammer 10 bewirkt, daß sich der erste Membranteller 15 nach links und der zweite Membranteller 16 nach rechts bewegt. Dabei wird das Gehäuse 19 des Tandemhauptzylinders 2 nach rechts bewegt, der Kolben 17 und somit die Kolbenstange 18, bewegen sich nach links. Sind, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, die wirksamen Flächen der beiden Membranteller 15 und 16 gleichgroß so bewegen sich diese in gleichen Zeiteinheiten um die gleiche Wegstrecke aufeinander zu. Die Relativbewegung des Druckstangenkolbens 26 bezogen auf das Gehäuse 19 des Tandemhauptzylinders 2 ist somit doppelt so groß wie die Bewegung der Betätigungsstange 3. Es wird somit ein doppelt so großes Flüssigkeitsvolumen aus den Druckräumen 26 bzw. 28 verdrängt, als dies bei einem feststehenden Gehäuse 19 (herkömmliche Betätigungseinheit)der Fall ist.

Besteht nur ein geringer Bremsbedarf, so bewirkt die Verschiebung des Kolbens 17 nach links ein relativ schnelles Verschließen des Steuerventils 5 und somit ein Ende der Bewegung der Membranteller 15 und 16 aufeinander zu. Besteht allerdings ein größerer Bremsbedarf, so verschiebt sich der Membranteller 16 solange nach rechts, bis die Ringfläche 44 bzw. der Distanzring 46 an dem Ringbereich 42 der Dichtung 39 anliegt und somit gegenüber dem Gehäuse 40 des Vakuumbremskraftverstärkers 1 unverrückbar ist. Der Tandemhauptzylinder 2 hat somit die Strecke a zurückgelegt und ein maximales Füllvolumen, welches sich aus dem Produkt der Strecke a mit der Querschnittsfläche der Bohrung 24 ergibt, verdrängt. Sobald sich das Gehäuse 19 in dieser Anschlagsposition befindet, bewegt sich alleine der erste Membranteller 15 im Vakuumbremskraftverstärker 1, d. h., die Betätigungscharakteristik eines herkömmlichen Vakuumbremskraftverstärkers wird eingenommen.

Die mögliche Verkürzung des Pedalwegs s ergibt sich aus der Strecke a multipliziert mit dem durch die Lagerung der Pedaleinheit 4 vorgegebenen Hebelverhältnis. Bereits eine geringfügige Verschiebung des Gehäuses 19 um a = 4-6 mm kann einer Pedalwegverkürzung von s = 18-24 mm im Vergleich zu herkömmlichen Betätigungseinheiten und bei gleicher Abbremsung entsprechen.

Durch eine geeignete Auslegung der Flächen der Membranteller 15, 16 sowie der Federn 23, 29, 30, kann eine gewünschte Hubaufteilung (Ansprech-Weg-Charakteristik) eingestellt werden. Beispielsweise kann die wirksame Fläche des ersten Membrantellers 15 um 50% kleiner ausgelegt werden, als diejenige des zweiten Membrantellers 16, so daß letztere sich schneller bewegt, als der erste Membranteller 15 und somit ein noch schnelleres Verdrängen des Füllvolumens bzw. Überschreiten des Leerwegs des Tandemhauptzylinders 2 erreicht wird.

Mit der vorliegenden Erfindung kann eine absolute Leerwegoptimierung des Tandemhauptzylinders 2 erfolgen, wenn der Rückhub des Tandemhauptzylinders 2 dem Leerweg der Kolben 25, 26 entspricht, d. h. dem Weg, der von den Kolben 25, 26 zurückgelegt werden muß, bis die Verbindung zwischen den Druckräumen 27 bzw. 28 einerseits und den Ausgleichsbohrungen 31 bzw. 32 andererseits unterbrochen ist. Ein Leerweg ist somit nicht mehr vorhanden, da der Verstärker keinen Leerweg aufweist.

Erfindungsgemäß soll also der Betätigungshub der Betätigungseinheit im Ansprech- und im am häufigsten benutzten Normalbremsbereich, d. h. unterhalb des Ansteuerpunktes, verringert werden um die gleiche Abbremsung des Fahrzeugs zu erreichen, die auch mit herkömmlichen Betätigungseinrichtungen erzielt wird, allerdings erfindungsgemäß mit kürzerem Pedalweg.

Dies wird dadurch ermöglicht, daß das Gehäuse 19 des Tandemhauptzylinders 2 mit Hilfe eines zweiten Membrantellers 16 und somit einer dritten Arbeitskammer 10 im Vakuumbremskraftverstärker 1 entgegen der Betätigungsrichtung der Kolben 25, 26 des Tandemhauptzylinders 2 um einen vorher bestimmten Hub bewegt wird. Hierdurch ergibt sich ein Volumenausstoß zu den Radbremsen, der bei einem herkömmlichen, relativ zum Vakuumbremskraftverstärker 1 stillstehenden Tandemhauptzylinder 2 einen absolut längeren Pedalhub erfordern würde.

Die Pedalwegersparnis ergibt sich aus dem Produkt von Rückhub des Tandemhauptzylindergehäuses (Strecke a) und dem Hebelverhältnis der Pedaleinheit 4.

Die erfindungsgemäße Lösung ist einfach, erfordert keine Funktionsänderung des Vakuumbremskraftverstärkers 1, verwendet bewährte und bekannte Technologie und ist auf vorhandenen Produktionseinrichtungen herstellbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch sogenannte kompakte Hauptzylinder verwendet werden können und der Tandemhauptzylinder 2 servicefreundlich wie bisher separat austauschbar ist.

Bezugszeichenliste

1 Bremskraftverstärker
2 Tandemhauptzylinder
3 Betätigungsstange
4 Pedaleinheit
5 Steuerventil
6 erste Arbeitskammer
7 zweite Arbeitskammer
8 erste Membran
9 zweite Membran
10 dritte Arbeitskammer
11 Rohr
12 Balgdichtung
13 umlaufender Vorsprung
14 umlaufender Vorsprung
15 erster Membranteller
16 zweiter Membranteller
17 Kolben
18 Kolbenstange
19 Gehäuse des Tandemhauptzylinders
20 Wulst
21 umlaufende Nut
22 Sprengring
23 Feder
24 Bohrung
25 Schwimmkolben
26 Druckstangenkolben
27 Druckraum
28 Druckraum
29 Rückstellfeder
30 Rückstellfeder
31 Ausgleichsbohrung
32 Ausgleichsbohrung
33 Hülse
34 Sprengring
35 Stufe
36 elastomere Dichtung
37 Dichtmanschette
38 Zylinder
39 Dichtung
40 Gehäuse des Vakuumbremskraftverstärkers
41 zylindrischer Bereich
42 Ringbereich
43 Ringbereich
44 Ringfläche
45 Vorsprung
46 Distanzring
a Strecke
s Pedalwegverkürzung

Claims (5)

1. Betätigungseinheit für hydraulische Bremsanlagen, bestehend aus einer Betätigungsstange (3) und einem von dieser betätigten Bremskraftverstärker (1) der über eine Kolbenstange (18) einen Hauptzylinder (2) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptzylinder (2) bezüglich des Bremskraftverstärkers (1) beweglich angeordnet ist, und sich bei Betätigung der Betätigungsstange (3) entgegen deren Betätigungsrichtung bewegt.

2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskraftverstärker (1) ein Vakuumbremskraftverstärker ist, welcher mit einem ersten Membranteller (15) und einem zweiten Membranteller (16) ausgestattet ist, wobei das Gehäuse (19) des Hauptzylinders (2) mit dem zweiten Membranteller (16) verbunden ist.

3. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (42, 44) vorgesehen ist, der den maximalen Hub des Gehäuses (19) des Hauptzylinders (2) begrenzt.

4. Betätigungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Hub des Gehäuses (19) größer ist als der Leerweg des Hauptzylinders (2).

5. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptzylinder ein Tandemhauptzylinder (2) ist.